超音波ドップラー流速計やADCPで使用されるドップラーシフトはどういったものでしょうか?

A 回答 (1件)

 


  こういう分野には詳しくありませんので自信なしとしますが、「ドップラーシフト」とは、波動が、その波の載っている媒体の運動で、波長や振動数がずれる(変位する=シフトする)ことです。
 
  例えば、空気中の音波で考えれば、自動車や電車などが走りつつ接近して来ると、その走行音が、段々高い音(振動数の大きな音)になり、すれ違う瞬間最高になり、それから遠ざかるに連れ、今度は逆に、低い音(振動数が小さな音)へと変わって行きます。これがドップラーシフト=ドップラー効果で、この場合、別に媒体の空気が運動している訳ではありませんが、音源の電車や自動車が、媒体の空気に対し運動しているので、結果的に、媒体が運動しているのと同じような効果が出るのです。
 
  媒体静止で音源が運動する場合、振動数nの音を、前進方向に出していると、この運動音源の速度が、前進方向向きで、vとすると、音波の速さs(温度によって変化するので、定数ではありません)で、1秒後には、音波はsメートル前方にあり、運動音源はvメートル前方にあります。v<sの場合、s-v>0で、この時、この距離のあいだに、n回の振動があることになります。本来、sメートルの距離のなかに、均等にn個の振動があるはずなのですが、音源が動いているので、s-vの距離のなかに、n個の振動があることになり、s/(s-v)の割合で、高い音に変わって聞こえます。これが接近する電車の音などが高くなることの理由です。
 
  超音波ドップラー流速計の場合、原理は、流れている水のなかに装置を沈め、超音波を発信し、それを、少し離れたセンサーで感受して、発信した超音波と、受信超音波で、どれぐらい振動数が変化しているか測定し、この変化は、液体媒体の運動によるドップラー効果であるので、振動数の変化から、逆算して、媒体が、どのぐらいの速度で、運動していたか、つまり、「流速」が分かるのです。参考URLの装置のように、180度の三つに分かれたセンサーで測定すると、流れが、どの方向に流れていたか、つまり、ヴェクトル量としての流れの速度が測定できます。
 
  液体中でも、音の速度は、温度や圧力で一定に決まって来ますが、ドップラー効果があるので、液体の運動が加わると、音波が超音波になるのです。
 
  原理的には、発信源から、sの速度で音波が進んだところ、丁度、音波の進行方向に向き合う方向に液体が流れていた場合、液体の流速をvとすると、1秒後には、sメートル音波は進むのですが、媒体が、音波の進行方向の逆方向にvメートル進むので、音波は実際には、s-vメートルしか進んでいないことになります。仮に、この距離の位置にたまたまセンサーがあると、センサーは或る振動数を記録します。しかし、1秒sメートルでn回振動しているのが普通の音波で、この場合、s-vメートルでn回振動しており、s/(s-v)だけ、振動数が高くなっているとも言えます。センサーが記録する振動数は、この値です。これはだから超音波になっています。
 
  センサー位置が必ずしも、s-vの位置にあるとは限りませんが、センサー位置で、振動数を計り、センサーと発信源との距離(是は、装置で決まっています)を比較すると、液体の運動、つまり、流速が計算できるということです。
 

参考URL:http://www.nanotech.co.jp/Products/sontek/adv.html
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この回答へのお礼

URL紹介ありがとうございます。詳しく説明していただき大変助かりました。

お礼日時:2002/02/12 23:51

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こんばんは。

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なぜ振動数が減ると遠ざかっているとわかるのでしょうか?

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後,f1=c/cー(ーv)・f0と書いてありましたが、
公式のf=Vーu/Vーv・f0は使わないのでしょうか?

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(参考)
http://www.gem.hi-ho.ne.jp/katsu-san/audio/doppler.html


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∴v=λ1ーλ0/λ0・cとなっていたのですが、ここの式がどのように成り立っているのかわからなくて困っているので教えてください。

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以上、ご参考になりましたら。

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